Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» А.А. Райков, С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС БЕЗМАСЛЯНОГО КУЛАЧКОВО-ЗУБЧАТОГО ВАКУУМНОГО НАСОСА Монография Казань Издательство КНИТУ 2013 УДК 621.521 ББК 30 Райков А.А. <...> Рабочий процесс безмасляного кулачково-зубчатого вакуумного насоса : монография / А.А. Райков, С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. <...> ISBN 978-5-7882-1431-3 Представлены основные конструкции бесконтактных безмасляных вакуумных насосов и их откачные характеристики. <...> Проведено расчетное и экспериментальное исследование течения газа во входном и выходном трактах насоса. <...> Проанализировано влияние основных геометрических параметров рассматриваемого насоса на его откачные характеристики. <...> Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р физ.-мат. наук П.П. Осипов канд. техн. наук Е.И. Капустин ISBN 978-5-7882-1431-3 © Райков А.А., Саликеев С.И., Бурмистров А.В., 2013 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2013 2 СОДЕРЖАНИЕ Основные условные обозначения и термины . <...> Определение коэффициентов расхода входного и выходного трактов КЗВН . <...> Моделирование рабочего процесса бесконтактных вакуумных насосов . <...> Описание алгоритма расчета перетеканий газа через зазоры роторного механизма . <...> 171 4 ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНЫ КЗВН – кулачково-зубчатый вакуумный насос; ДВН – двухроторный вакуумный насос типа Рутс; ВГД – вычислительная гидро-газодинамика; TDMA – Tridiagonal matrix algorithm; SIMPLE –Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations; LSODE – Livermore Solver for Ordinary Differential Equations; VMAX – максимальный объем рабочей полости; VMIN –минимальный объем рабочей полости; PВЫХ – давление на выходе <...>
Рабочий_процесс_безмасляного_кулачково-зубчатого_вакуумного_насоса.pdf
УДК 621.521
ББК 30
Райков А.А.
Рабочий процесс безмасляного кулачково-зубчатого вакуумного
насоса : монография / А.А. Райков, С.И. Саликеев, А.В. Бурмистров;
М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань : Изд-во КНИТУ, 2013. – 184 с.
ISBN 978-5-7882-1431-3
Представлены основные
конструкции
бесконтактных
безмасляных вакуумных насосов и их откачные характеристики.
Приведен обзор методов расчета рабочих процессов насосов
объемного действия. Создана математическая модель расчета
рабочего процесса безмасляного кулачково-зубчатого вакуумного
насоса. Описаны экспериментальные исследования этого насоса и
получение индикаторных диаграмм и диаграмм температуры.
Проведено расчетное и экспериментальное исследование течения газа
во входном и выходном трактах насоса. Проанализировано влияние
основных геометрических параметров рассматриваемого насоса на его
откачные характеристики.
Предназначена для студентов, изучающих дисциплины
«Роторные машины» и «Машины динамического действия».
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического
университета
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук П.П. Осипов
канд. техн. наук Е.И. Капустин
ISBN 978-5-7882-1431-3 © Райков А.А., Саликеев С.И.,
Бурмистров А.В., 2013
© Казанский национальный
исследовательский
технологический университет, 2013
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
Основные условные обозначения и термины ............................................ 5
Введение ........................................................................................................ 7
Глава 1. Безмасляные вакуумные насосы ................................................ 13
1.1. Двухроторный вакуумный насос типа Рутс ...................................... 18
1.2. Кулачково-зубчатый вакуумный насос ............................................. 23
1.3. Винтовые вакуумные насосы ............................................................. 38
1.4. Спиральные вакуумные насосы ......................................................... 42
1.5. Выводы ................................................................................................. 47
Глава 2. Экспериментальное исследование КЗВН .................................. 49
2.1. Описание объекта исследования ........................................................ 49
2.2. Выбор датчиков для снятия индикаторных диаграмм ..................... 52
2.2.1. Тензометрический метод......................................................... 53
2.2.2. Пьезоэлектрический метод ..................................................... 57
2.2.3. Емкостной метод ...................................................................... 62
2.2.4. Резонансный метод .................................................................. 63
2.2.5. Индуктивный метод ................................................................. 64
2.3. Описание экспериментального стенда .............................................. 69
2.4. Методика проведения испытаний ...................................................... 74
2.5. Обработка результатов измерений ..................................................... 80
2.6. Обсуждение результатов ..................................................................... 85
2.7. Определение коэффициентов расхода входного и выходного
трактов КЗВН .............................................................................................. 88
2.7.1. Стенд и методика измерения .................................................. 89
2.7.2. Обработка результатов ............................................................ 93
Глава 3. Математическое моделирование рабочего процесса КЗВН .. 105
3.1. Состояние вопроса по теоретическому и экспериментальному
исследованию КЗВН и других прямозубых насосов ............................. 105
3.1.1. Моделирование рабочего процесса бесконтактных
вакуумных насосов .......................................................................... 108
3.1.2. Моделирование течения газа в каналах сложной геометрии109
3.2. Основные положение и допущения ................................................. 115
3.3. Математическая модель рабочего процесса КЗВН ........................ 115
3.4. Вычисление быстроты действия насоса .......................................... 118
3.5. Геометрия рабочей полости .............................................................. 119
3
Стр.3
3.6. Построение окон всасывания и нагнетания .................................... 129
3.7. Геометрические параметры исследуемого насоса .......................... 130
3.7.1. Расчет зависимости объема полостей всасывания и сжатия–
нагнетания от угла поворота ротора. ............................................. 133
3.8. Описание алгоритма расчета перетеканий газа через зазоры
роторного механизма ............................................................................... 137
3.8.1. Зависимость геометрических характеристик каналов от
угла поворота роторов ..................................................................... 137
3.8.2. Методика расчета перетеканий через щелевые каналы ..... 144
3.8.3. Объединение перетеканий по направлениям движения газа146
3.8.4. Учет тепловых деформаций. ................................................. 147
Глава 4. Результаты математического моделирования и анализ
влияния геометрических параметров на рабочий процесс ................... 149
4.1. Сравнение экспериментальных и расчетных данных .................... 149
4.2. Анализ влияния геометрических параметров на рабочий процесс154
4.2.1. Зазоры роторного механизма ................................................ 154
4.2.2. Протяженность окна нагнетания .......................................... 159
4.2.3. Ширина зуба ротора .............................................................. 163
4.2.4. Межосевое расстояние и радиус расточки корпуса............ 166
Заключение ................................................................................................ 169
Литература ................................................................................................ 171
4
Стр.4